STM32F407模擬串口通信

一、背景

??? 最近做一個項目，需要用STM32F407來做7路串口通信，由于芯片最多只有6路，所以只能用IO口來模擬串口通信。在網(wǎng)上查找了很多模擬串口的資料，決定串口發(fā)送采用延時的方式，串口接收采用外部中斷+定時器中斷來實現(xiàn)。外部中斷檢測第一次檢測下降沿表明接收到了起始位，通過定時器中斷定時檢測接收IO口上的電平，從而判斷接收的是0還是1，寫本文的目的主要是設計思路，方便自己以后查閱。

二、正文

1）、串口發(fā)送：

由于串口發(fā)送的函數(shù)比較簡單，所以先從發(fā)送開始做起，首先咱們來熟悉一下串口協(xié)議，1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位奇偶校驗位+1位停止位（其中停止位可能為0.5位,1位,1.5位或2位，可以選擇）。串口異步傳輸在空閑狀態(tài)時都必須是高電平。

?

?

由于現(xiàn)在是模擬串口，暫時不考慮復雜的奇偶校驗位，所以采用的格式為：1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位奇偶校驗位+1位停止位。項目需要采用的波特率為115200，所以每發(fā)送1bit數(shù)據(jù)需要的時間：1/115200=8.68us.

模擬串口發(fā)送發(fā)送函數(shù)：

#define COM1_TX_PORT ??GPIOA

#define COM1_TX_PIN ???GPIO_Pin_9

void Virtual_Uart_Bytesend(u8 val)

{

u8 i=0;

COM1_TX_DATA_LOW();??// 起始位，低電平，IO口初始化時應該置為高電平

delay_us(baudRate);

????for(i = 0;i<8;i++)??????????// 8位數(shù)據(jù)位

{

????if (val & 0x01)

{

????COM1_TX_DATA_HIGH();

}

else

{

????COM1_TX_DATA_LOW();

}

delay_us(baudRate);

val >>= 1;

}

COM1_TX_DATA_HIGH();????// 停止位 高電平

delay_us(baudRate);

}

以上代碼完全是根據(jù)協(xié)議的格式來寫的，思路很簡單，里面最重要的一個參數(shù)是這個baundRate;這個參數(shù)根據(jù)不同的波特率而不同，并且實際值和理論值算出來的時間可能有些差別，調(diào)試發(fā)現(xiàn)STM32F4的誤差比較小，基本上理論值和實際值一樣就可以正常通信。波特率為115200，延時理論上為8.68us。但是問題就來了，STM32F407例程delay.c里給的延時函數(shù)最小單位為us,設置baundRate=8或者9通信偶爾能夠正常接收，但是很多時候是亂碼，如下圖：

?

如何解決這一問題呢，首先想到是設計一個延時0.1us或者更小的延時函數(shù)來實現(xiàn)，需要了解SRM32F4的時鐘部分，這部分暫時沒有去研究

第二種方法：采用nop來延時+滴答定時器定時8s

也就是用定時器定時8s,然后在加上nop指令延時，然后實際調(diào)試用一個for循環(huán)增加4個nop指令左右就能正常接收。具體延時函數(shù)實現(xiàn)如下：

// 模擬串口延時函數(shù) 波特率為115200 所以延時8.68us

void Vuart_delay_us(void)

{

u16 i = 0;

u32 temp; ???? ?

SysTick->LOAD=8*fac_us; //時間加載 ?? ?

SysTick->VAL=0x00; ??????? //清空計數(shù)器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //開始倒數(shù) ?

do

{

temp=SysTick->CTRL;

}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待時間到達 ??

SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //關閉計數(shù)器

SysTick->VAL =0X00; ?????? //清空計數(shù)器

for (i = 0;i<4;i++)

{

__NOP;

}

}

實驗現(xiàn)象如下圖所示：?

?

主函數(shù)中調(diào)用串口發(fā)送函數(shù)。

// 發(fā)送一個字符串

void Virtual_Uart1_StringSend(u8 *str)

{

while(*str != 0)

{

Virtual_Uart1_Bytesend(*str);

str++;

}

}

2）、串口接收

串口接收比較復雜，暫未研究。

?

以上的串口接收對實現(xiàn)1模擬串口還可以，但是項目需要用的2個或者更多的模擬串口就不適合了，需要更改一下思路，開辟一個新的定時器，定時器的優(yōu)先級需要開到最高，定時1/（波特率*3倍）s，這里波特率設置為115200，所以定時時間為2.89us,波特率越高對定時器的要求就越高，幸好STM32F407非常強大，這么高的串口波特率需要定時至少2us左右才能實現(xiàn)模擬串口的正常通信?；舅悸贩譃榻邮蘸桶l(fā)送。

接收時：定時器定時去掃描IO口的狀態(tài)，當3次里面檢測到有至少2次低電平時，則判斷該電平為低電平。首先是設計定時器定時0.289us,參考原子的官方定時器中斷例程，定時函數(shù)如下：

TIM3_Int_Init(5000-1,8400-1); // 定時器時鐘84M，分頻系數(shù)8400，所以84M/8400=10Khz的計數(shù)頻率，計數(shù)5000次為500ms

更改為

TIM3_Int_Init(242,1-1); //定時器時鐘84M，分頻系數(shù)1，所以84M/1=84Mhz的計數(shù)頻率，計數(shù)242次為2.89us

不分頻時，如果計數(shù)1次則定時的時間為1/84MHz=0.0119us，所以將計數(shù)值更改為242，則定時時間=1/84MHz * 242 =?2.88us

定時器初始化函數(shù)在主函數(shù)初始化時候調(diào)用，值得注意的是定時器的優(yōu)先級應該設置為最高，即修改定時初始化函數(shù)如下：

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00; ? // 搶占優(yōu)先級0 ?優(yōu)先級設置為最高

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x00; ???????? // 子優(yōu)先級0 ???優(yōu)先級設置為最高

設計好定時器之后，接下來是設計一個8位數(shù)據(jù)接收函數(shù)，主要思路是通過一個狀態(tài)機、定時計數(shù)變量（計數(shù)三次表示8.6us）、高電平計數(shù)變量和低電平計數(shù)變量（分別用于三次采樣里面有幾次是能踩到高電平或者低電平）。

變量定義如下：

static u32 recvStat = COM_STOP_BIT; // 定義狀態(tài)機

static u8 recvData = 0; ??????????????// 定義一個接收數(shù)據(jù)變量

static u32 timer_cnt = 0; ????????????// 定時總次數(shù)

static u32 high_cnt = 0; ?????????????// 高電平檢測次數(shù)

static u32 low_cnt ?= 0; ????????????// 低電平檢測次數(shù)

?

狀態(tài)機定義在頭文件中：

enum{

COM_START_BIT, //起始位

COM_D0_BIT, //bit0

COM_D1_BIT, //bit1

COM_D2_BIT, //bit2

COM_D3_BIT, //bit3

COM_D4_BIT, //bit4

COM_D5_BIT, //bit5

COM_D6_BIT, //bit6

COM_D7_BIT, //bit7

COM_STOP_BIT, ??//bit8

};

//定義接收引腳

#define COM1_RX_DATA ??GPIO_ReadInputDataBit(COM1_RX_PORT,COM1_RX_PIN) // 接收引腳

?

具體函數(shù)實現(xiàn)如下：

// 接收一個8位數(shù)據(jù)

void Virtual_Uart1_Byterecived(void)

{

timer_cnt++;

if((COM1_RX_DATA == 0)&&(recvStat == COM_STOP_BIT)) ?// 起始信號

{ low_cnt++;

????if (timer_cnt >= 3)

{

timer_cnt=0;

if (low_cnt>1)

{ ??

recvStat = COM_START_BIT;

}

low_cnt=0;

}

?return;

}

if(timer_cnt >= 3)

{ ?if(recvStat < COM_STOP_BIT)

????????recvStat++;

}

if((recvStat == COM_STOP_BIT)&&(COM1_RX_DATA == 1)) ?// 空閑時，計數(shù)值清0

{

????timer_cnt = 0;

high_cnt=0;

low_cnt=0;

return;

}

if(COM1_RX_DATA == 0)

{

????low_cnt++;

high_cnt=0;

if (timer_cnt >= 3)

{

timer_cnt=0;

if (low_cnt>1) ?// 3次采樣里面是否有兩次有效

{

recvData &= ~(1 <<(recvStat - 1));

}

low_cnt=0;

}

}

else

{

????high_cnt++;

low_cnt=0;

if (timer_cnt >= 3)

{

timer_cnt=0;

if (high_cnt>1) ?// 3次采樣里面是否有兩次有效

{

recvData |= (1 <<(recvStat - 1));

}

high_cnt=0;

}

}

}

實驗現(xiàn)象如下：?

?

?

?

?

發(fā)送：發(fā)送思路比接收更簡單，只要按照串口的協(xié)議來發(fā)送即可。首先是發(fā)送起始位，3個定時器周期后發(fā)送八位數(shù)據(jù)位，最后發(fā)送停止位。源代碼如下：

// 串口發(fā)送函數(shù)

void Virtual_Uart1_Bytesend(void)

{

if (txdEnable == 0)

{

????Tx_timer_cnt = 0;

return;

}

Tx_timer_cnt++;

if ((txdStat == COM_STOP_BIT)&&(txdEnable == 1))

{

COM1_TX_DATA_LOW();

????if (Tx_timer_cnt >= 3)

{

Tx_timer_cnt=0;

txdStat = COM_START_BIT;

txdData = Tx_Buf[Txd_Bytes];

}

}

else if(txdStat == COM_D7_BIT)

{

COM1_TX_DATA_HIGH();

????if (Tx_timer_cnt >= 3)

{

Tx_timer_cnt=0;

txdStat = COM_STOP_BIT;

Txd_Bytes++;

if(Txd_Bytes>3) ?// 測試發(fā)送三個字節(jié)

{

Txd_Bytes = 0;

????txdEnable = 0;

}

}

}

else

{ ????

if (txdData & 0x01)

{

????COM1_TX_DATA_HIGH();

}

else

{

????COM1_TX_DATA_LOW();

}

if (Tx_timer_cnt >= 3)

{

Tx_timer_cnt=0;

txdData >>= 1;

txdStat++;

}

}

}

實驗現(xiàn)象，串口每隔1s發(fā)送四個字節(jié)的數(shù)據(jù)1234，如下圖所示

以上基本實現(xiàn)了模擬串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，可能有很多地方可以優(yōu)化，后續(xù)會更新。?

記錄時間：2017年7月19日11:49:12

記錄地點：XH

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